无线电的应用

无线输电的原理及前景

摘要（Abstract）无线输电是一种区别于有线输电的技术，它依靠无线电技术传输电力，虽然目前可能还处在实验室阶段，本文对这项技术的的原理进行介绍以及对其应用前景进行展望。

关键词（Key Words）输电，能源，微波

正文

自从18世纪以来，人们进入了现代生活，煤、石油、天然气的开采和使用不断耗竭这地球上有限的资源。最近几年，全球能源问题的矛盾日益突出，可再生能源的利用及开发就摆在我们的面前。地球上的能量全来自太阳，建立利用太阳能的发电站可能是解决未来能源问题的一个有效办法。然而要把在太空上的电能传送到地面上，使用传统的输电线显然是不切实际的，无线输电就是一个有用的办法

1.特斯拉线圈

在介绍无线输电之前，首先要说说尼古拉·特斯拉，特斯拉是开启了电与磁大门的一位科学巨匠，他在爱迪生发明直流电（AD）后，发明了目前广泛使用的交流电（AC），为了纪念他的突出贡献，以他的名字命名了磁力线密度单位（1Tesla=10000Gause）而由他本人发明的特斯拉线圈，为无线输电的发展及应用奠定了基础。

特斯拉线圈，它仅是由一个感应信息安全、打火器、变压器，连个电容器和一个初级线圈的互感器组成，原理是利用变压器使普通电压升压，然后经过线圈对终端进行放电的设为。简单来说，就是人工制造闪电的效果。放电时，把未打火的能量传递到电容器中，当电容器充满电后，两极电压达到打火器的击穿电压时，打火器点火，此时电容器与主线圈形成回路，完成L/C震荡，进而把能量传递到刺激线圈。这样，就可以产生高频率的高压电流。

2.放大变压器

下面详细介绍一下放大变压器。首先，它是一种带有次级电路的谐振变压器。次级电路中的元件具有很高的电势，它们面积较大，沿着理想的、曲率半径极大的包络面依次排列，彼此之间保持着适当的距离，从而可以确定任何地方具有很小的表面电荷密度。这样，即使导体处于处于裸露状态，也不会产生漏电现象。这个放大变压器适用于从每秒几周到上万周的任何频率，可以用于生产电流量极大而电压适中的电流，或者较小安培而电动势极大的电流。电压的最大限度完全取决于充电元件所在的曲面曲率以及元件面积。这样，产生的电压是没有限制的，任何量级都是可以实现的。从另一方面来看，我们可以通过天线获得数千安培的电流。为了实现这一目的，只要一台直径小于90英尺的终端设备就足以获得这一量级的电动势。狭义上来讲，在阻尼因子甚小，性能得到提升的电容器可以储存大量电荷，这种无线发射器中得电磁波辐射就会很小，与整体能量相比完全可以忽略不计。这样一种电路，可以用任何一种脉冲或者包括低频脉冲来激发，并且可以像交流发电机一样产生正弦连续震荡。然而，从最狭义的角度来讲，这种无线发射器又是一个谐振变压器，除了具有这些特性外，还能精确调整以适应地球的电常数和电学特性。通过这一设计，它就能极为高效、便捷地实现能量的无线传输。此时，距离彻底消除，被传输的脉冲强度也不会减弱。

3.应用前景

1）解决地面上电能传输的问题。传统的输电依靠的主要是架设线路，而在沙漠、森林、

海岛等地方对于架设线路比较困难。而这些地方可能有边防站、无线电台、天文观测点等设施需要生活用电或工作用电。因此，只要建设一个无线输电接收站，就可以提供和补充电力。这样就可以把核电站建设在荒无人烟的地区，不仅可以方便处理核废料，也可以避免在出事故的时候，尽可能减少对周围环境、生物以及人类的影响。

2）传输太阳能发电站的电能。一旦无线输电的技术应用取得成功，那么可以把太阳能发电站发射到离地面35800KM的同步轨道上，然后将太阳能转变成电能，传输回地面，再通过变电技术输送给用户，那么人类的能源危机将会告一段落，也不用整日争夺日益减少的油气资源。

3）向卫星提供电力。卫星都是依靠自带的太阳能电池板供电，而太阳能电池板的寿命毕竟有限，而卫星也有可能遇到日食等没有阳光照射的时候。因此，用上无线输电技术，就可以向卫星提供不时之需，保障卫星的正常运转。

4）为空间探测器供电。人类要更广阔的认识太空，肯定要去探测远离太阳系的星系，而太阳能电板和蓄电池显然不能坚持这么久的行程。无线输电就很好的解决了这个问题。

5）连接地球与月球。随着人类对自然的改造和利用，地球上的矿产资源正在日益枯竭。而月球不仅是地球的自然卫星，还具有丰富矿产资源。月球土壤中富含的SiO2是制造太阳能电板的原料之一。如果在月球上建设太阳能发电站，相比于同步轨道上的太阳能发电站更加方便。

4.展望

无线输电技术具有广阔的应用领域，因此也收到许多国家的重视，目前各国正进行着地面与空间站的电能传输实验。但是由于技术、资金等种种原因，目前还没有实现大规模发展的地步。但是从长远的角度看，无线输电是具有积极意义的，能够推动人类现代文明进一步发展，具有巨大的发展潜力。

参考文献

【1】尼古拉·特斯拉著王晓佳译；被世界遗忘的天才：尼古拉·特斯拉，特斯拉回忆录；法律出版社；2010年7月

【2】Bhag Singh Guru ，Huseyin R.Hiziroglu 著周克定，张肃文，董天临，辜承林译；电磁场与电磁波；机械工业出版社；2000年8月

【3】王秩熊，胡劲蕾，梁俊，王长华；无线输电技术的应用前景；空军工程大学学报（自然科学版）；2003年2月